STT Thơng số Kí hiệu Giá trị Đơn vị
1 Đƣờng kính trong d 7,5 cm 2 Chiều dài cột lọc H 15,5 cm 3 Lƣu lƣợng chảy Q 5 ml/phút 4 Khối lƣợng vật liệu sử dụng m2 622 g 5 Khối lƣợng As đƣợc hấp phụ mHấp phụ 72 mg 6 Thời gian sử dụng vật liệu T 200 ngày 7 Thể tích xử lý V 1440 lít
Hình 5.20. Mơ hình bình lọc nước hai tầng
Hình 5.21. Lõi lọc asen FC thiết kế
5.6.1.2. Kết quả vận hành mơ hình bình lọc nƣớc hai tầng
Mơ hình đƣợc vận hành với nƣớc giả lập nhiễm asen nồng độ 52,72 ppb, sử dụng bình lọc nƣớc hai tầng gồm bộ lọc gốm (chứa các nguyên tửCeramic đƣợc nén lại với
nhau gồm đất sét và cao lanh) cùng với lõi lọc asen FC (chứa vật liệu Ceramic – Bùn sắt) đƣợc thực hiện tài phịng Thí nghiệm Cơng nghệ Mơi trƣờng – SPKT Tp.HCM.
Qua 4 lần đo chúng tôi thu đƣợc kết quảnhƣ sau:
Hình 5.22. Hiệu quả xử lý asen từ mơ hình thiết kế
Sau khi khảo sát, chúng tôi nhận thấy hiệu quả xử lý asen qua bình lọc nƣớc sử dụng bộ lọc gốm và lõi lọc asen FC là rất tốt. Với cột lọc gốm có khả năng xử lý As với hiệu suất khoảng 20%. Trong khi đó, lõi lọc asen xử lý As với hiệu suất khá cao
90% để thu đƣợc nƣớc sạch đạt QCVN 01 – 2009/BYT dùng cho ăn uống. Quá trình
khảo sát hàm lƣợng asen với nƣớc giả lập nồng độ 52,72 ppb với mơ hình bình lọc
nƣớc hai tầng (gồm lọc gốm và lõi lọc asen FC), sau 45 ngày chúng tôi thu đƣợc kết quả nhƣ sau: 42.16 41.64 40.52 39.77 7.02 6.13 4.43 5.32 0 25 50 75 100 0 15 30 45 60 21.6 28.8 43.2 64.8 Hiệ u quả x ử lý (% ) Hà m l ƣợng As ( ppb) Thể tích xử lý (lít)
Nồng độ As đầu vào (ppb) Nồng độ As qua lọc sứ (ppb)
Nồng độ lọc asen FC (pbb) Hiệu quả xử lý (%)
Bảng 5.19. Kết quả chạy mơ hình bình lọc nƣớc hai tầng Thời gian (ngày) Nồng độ As vào (ppb) Nồng độ As ra (ppb) Thể tích xử lý (lít) Hiệu suất (%) 3 52,72 7,02 21,6 86,68 4 52,72 6,13 28,8 88,37 6 52,72 4,43 43,2 91,60 9 52,72 5,32 64,8 89,91 12 52,72 5,46 86,4 89,64 15 52,72 4,09 108 92,24 18 52,72 4,14 129,6 92,15 21 52,72 5,15 151,2 90,23 24 52,72 5,75 172,8 89,09 27 52,72 4,78 194,4 90,93 30 52,72 5,15 216 90,23 33 52,72 4,32 237,6 91,81 36 52,72 5,43 259,2 89,70 39 52,72 4,17 280,8 92,09 42 52,72 5,17 302,4 90,19 45 52,72 5,35 324 89,85
Theo kết quả khảo sát ở bảng 5.19, ta thấy hiệu suất xử lý của lõi lọc asen FC khá
ổn định trong 45 ngày xử lý. Điều này phần nào khẳng định tính ổn định của vật liệu FC trong việc xử lý asen thông qua lõi lọc asen FC mà chúng tơi thiết kế.
Trong thí nghiệm này, chúng tơi sử dụng lõi lọc FC và cột lọc sứ mới hoàn toàn
để lọc nƣớc nhiễm Asen nhiều lần nhằm xác định thời gian cần thiết để mơ hình đạt
hiệu quả xử lý tốt. Với nồng độđầu vào là 52,72 ppb, tiến hành lọc 5 lần, mỗi lần 4 lít, ta có kết quảnhƣ hình 5.23:
Hình 5.23. Hiệu quả xử lý asen qua các lần lọc đầu tiên
Với kết quả khảo sát ở hình 5.26 cho thấy, hàm lƣợng As trong nƣớc qua lọc ở 2 lần lọc đầu tiên vƣợt tiêu chuẩn cho phép và chỉ đạt chuẩn từ lần lọc thứ 3 trở đi (tức là
sau khi đã lọc đƣợc hơn 8 lít nƣớc). Điều này có nghĩa là, ngƣời sử dụng khơng nên sử dụng nƣớc qua lọc lần đầu tiên mà phải thải bỏ nƣớc qua lọc tối thiểu 2 lần để thu
đƣợc nƣớc sạch đạt chuẩn QCVN 01 –2009/BYT dùng cho ăn uống.
5.6.2. Công nghệ xửlý nƣớc ngầm nhiễm asen quy mơ hộgia đình
5.6.2.1. Sơ đồ công nghệ
Công nghệ xửlý nƣớc ngầm nhiễm asen ở hộgia đình đƣợc đề xuất nhƣ sau: 17.41 11.04 8.35 7.43 7.02 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 1 2 3 4 5 Hiệ u quả x ử lý (% ) Hà m l ƣợng As ( ppb) Lần lọc
Nồng độ As đầu vào (ppb) Nồng độ lọc Asen FC (ppb)
Hình 5.24. Sơđồ cơng nghệđề xuất xử lý ngầm nhiễm asen quy mơ hộgia đình
5.6.2.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Nƣớc từ giếng bơm sẽ đƣợc dẫn lên giàn mƣa, tại đây nƣớc cần xử lý đƣợc tiếp
xúc với khơng khí với mục đích:
- Oxi hóa As3+ thành As5+. - Oxy hố Fe2+ thành Fe3+.
Sau đó, nƣớc đƣợc đƣa qua bồn lọc chậm để lọc toàn bộ cặn bẩn trong nƣớc và giữ lại các cặn sắt đƣợc tạo nên do Fe2+ bị oxi hóa bởi O2 sau làm thống.
Nƣớc sau khi qua bồn lọc chậm sẽ dẫn qua thùng lọc chứa vật liệu lọc FC với mục đích khử As5+.
Cuối cùng, chảy sang bồn chứa nƣớc sạch đạt yêu cầu theo Quy chuẩn quốc gia về chất lƣợng nƣớc sinh hoạt (QCVN 02 - 2009/BYT).
5.6.2.3. Thiết kế mơ hình thùng lọc FC
Trên cơ sở hấp phụ động trên cột theo mơ hình Bed – volume tiến hành ở phịng
thí nghiệm chúng tơi tiến hành thiết kế mơ hình thùng lọc FC quy mơ hộ gia đình với
lƣu lƣợng 1,5 m3/ngày, giả sử nồng độ As đầu vào nƣớc giả lập là 50 ppb gồm các thông số thiết kế thùng lọc FC nhƣ sau:
Giếng - Bơm Giàn mƣa Bồn lọc chậmg Thùng lọc FC Bồn nƣớc sạch
Bảng 5.20. Các thông số thiết kế thùng lọc FC quy mơ gia đình
STT Thơng số Kí hiệu Giá trị Đơn vị
1 Đƣờng kính trong d 80 cm
2 Chiều cao lớp vật liệu lọc H 25 cm
3 Lƣu lƣợng chảy Q 1,5 m3/ngày 4 Khối lƣợng vật liệu sử dụng M 114 kg 5 Khối lƣợng As đƣợc hấp phụ mHấp phụ 13 g 6 Thời gian sử dụng vật liệu T 176 ngày 7 Thể tích xử lý V 264,5 m3 Hình 5.25. Thùng lọc asen FC thiết kế
CHƢƠNG 6
CHƢƠNG 6
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
6.1. KẾT LUẬN
6.1.1. Kết luận
Với các kết quả đạt đƣợc trong nghiên cứu thì vật liệu Ceramic – Bùn sắt là vật liệu có khả năng hấp phụ asen rất tốt. Vật liệu lọc này sẽ thay thế cho những loại vật liệu thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ cát, bột đá…và rất khả thi cho việc triển khai ứng dụng vào q trình xử lý nƣớc ngồi thực tế nhờ những ƣu điểm sau:
- Vật liệu này có khả năng loại bỏ triệt để các ion kim loại thƣờng tồn tại trong nƣớc ngầm nhƣ asen, đồng, chì, kẽm, sắt... Ceramic – Bùn sắt là dạng vật liệu lọc thơ, bản thân nó có độ rỗng xốp cao, tiết diện bề mặt lớn. Điều này giúp vật liệu có khả năng xử lý các ion kim loại tồn tại trong nƣớc là khá cao.
- Sản xuất dễ dàng vì sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có là mùn cƣa và đất sét cùng với phế thải bùn sắt của nhà máy nƣớc cấp, vật liệu lọc này đã giải quyết đƣợc vấn đề giá thành cao của các loại vật liệu lọc nƣớc hiện nay, bên cạnh đó cịn tận dụng lại đƣợc phế phẩm, góp phần bảo vệ mơi trƣờng. Thời gian sử dụng nhỏ hơn 2 lần so với hạt Nano nhƣng với giá chỉ 185.790 VNĐ/lít rẻ hơn 6 lần so với giá của vật liệu Nano (1.043.000 VND/lít). Điều này cho thấy tính khả thi về mặt kinh tế khi ứng dụng vật liệu này trong thực tiễn sẽ dễ dàng tiếp cận và phù hợp với mức sống của ngƣời dân những vùng nơng thơn nói chung và ở khu vực đồng bằng sơng Cửu Long nói riêng.
- Lõi lọc asen FC chứa vật liệu Ceramic – Bùn sắt có hiệu quả xử lý As cao. Thời gian sử dụng lâu (6 tháng), có khả năng tích hợp vào bình lọc nƣớc hai tầng, dễ dàng vận hành, lắp đặt, sử dụng và tháo lắp. Chi phí sản xuất của lõi lọc thấp phù hợp với điều kiện kinh tế nhiều vùng trên cả nƣớc.
- Cơng nghệ xử lý asen quy mơ hộ gia đình (thùng lọ asen FC) là một cơng nghệ thiết kế đơn giản, gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ sử dụng với chi phí thấp mà ngƣời dân bình thƣờng cũng có thể tựlàm đƣợc, cung cấp nƣớc sinh hoạt đạt yêu cầu chất lƣợng theo
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc sinh hoạt QCVN 02 - 2009/BYT bảo vệ sức khỏe ngƣời dân, giải quyết vấn đề nƣớc sạch, vệ sinh môi trƣờng nông thôn.
Nhƣ vậy, vật liệu FC là một trong nhữngchất hấp phụ phù hợp có thể sử dụng để xử lý asen trong nƣớc ngầm ở khu vực nông thôn.
6.1.2. Thiếu sót và hạn chế
Do thời gian khơng nhiều và điều kiện nghiên cứu còn nhiều hạn chế do vậy cịn rất nhiều điều nhóm em muốn phát triển mà chƣa thực hiện đƣợc. Nhóm em rất mong sẽ có điều kiện để có thể phát triển đề tài của mình với các nội dung nghiên cứu nhƣ
sau:
Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tới q trình ơxi hố As(III) thành As(V). Tiến hành thí nghiệm q trình xử lý As trong mẫu nƣớc thựctế.
Một số chỉ tiêu nghiên cứu không đo đƣợc ở trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật TPHCM do thiếu máy móc thiết bị nên phải thuê sử dụng của một số đơn vị hỗ trợ.
Do giới hạn về mặt thời gian và kinh phí, nghiên cứu chỉ tiến hành với quy mơ phịng thí nghiệm nên chƣađánh giá đƣợc hết các yếu tốảnh hƣởng khi ứng dụng với
nƣớc trong thực tế.
6.2. KIẾN NGHỊ
Bằng những kết quả đạt đƣợc của bài nghiên cứu đã mở ra một cơ hội cho việc phát triển loại vật liệu xử lý nƣớc uống rất có tiềm năng và khả thi. Tuy nhiên, q trình nghiên cứu cũng có những vấn đề cịn tồn đọng cần khắc phục, bổ sung thêm:
- Vật liệu FC chƣa phải là dạng vật liệu hoàn thiện và tối ƣu nhất cho xử lý nƣớc uống.
- Mơ hình nghiên cứu hấp phụ tự thiết kế chƣa thực sự tốt để đảm bảo thực hiện thí nghiệm đạt độ chính xác cao nhất.
Vì vậy, việc tiếp tục nghiên cứu tìm hiểu về vật liệu này cần đƣợc quan tâm và phát triển hơn nhƣ sau:
- Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu này đối với các ion kim loại nặng khác nhƣ thủy ngân, niken, crom, …
- Nghiên cứu bƣớc tiếp theo là ứng dụng vào xử lý nguồn nƣớc không chỉ dành cho ăn uống, sinh hoạt mà còn ở những lĩnh vực khác nhƣ chế biến thực phẩm, sản
xuất thuốc tây…hay rộng hơn nữa là xử lý nƣớc thải chứa kim loại nặng của các ngành xi mạ, cơ khí, thuộc da…
- Nghiên cứu ra những dạng vật liệu lọc dạng gốm (Ceramic) khác mà có thể khắc phục nhƣợc điểm của nó và hồn thiện vật liệu này để nó chính thức đƣợc cơng nhận và đƣa vào sử dụng.
Riêng đối với mơ hình xử lý nƣớc quymơ phịng thí nghiệm là dạng mơ hình rất phù hợp với khả năng của sinh viên cần đƣợc quan tâm phát triển và mở rộng hơn nữa. Đƣợc tự tay thiết kế, lắp đặt và vận hành một mơ hình sẽ giúp sinh viên có cơ hội đƣợc học tập lý thuyết và áp dụng song song thực tiễn. Qua đó sinh viên có thể hiểu sâu hơn và nắm vững đƣợc những kiến thức đã đƣợc học qua sự chỉ dạy của thầy, cô và các tài liệu sách báo, đồng thời tiếp thu thêm những kinh nghiệm, kiến thức mới rất có ích cho q trình học tập, nghiên cứu tiếp theo và sau khi ra trƣờng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
[1] BS.CKII. Vũ Trọng Thiện , Ths. Đặng Ngọc Chánh (2010), Ô nhiễm Asen và những ảnh hưởng đến sức khỏe, Khoa Sức khỏe Môi trƣờng - Viện vệ sinh Y tế Công
cộng TP.HCM.
[2] Bộ Y tế (2008), Tình hình ơ nhiễm asen trong nước ngầm, Hà Nội.
[3] Đỗ Văn Ái, Mai Trọng Nhuận, Nguyễn Khắc Vinh (2000), Một số đặc điểm phân
bố asen trong tự nhiên và vấn đề ô nhiễm asen trong tự nhiên và vấn đề ô nhiễm asen trong môi trường ở Việt Nam, Hội thảo quốc tế về ô nhiễm asen: Hiện trạng, tác động
đến cộng đồng và các giải pháp phòng ngừa, 21 - 32.
[4] Đỗ Trọng Sự (1996), Nghiên cứu nhiễm bẩn nước dưới đất vùng Hà Nội, Luận án Tiến sỹ Địa lý - Địa chất.
[5] Đào Bích Thuỷ (2005), Nghiên cứu xử lý asen trong nước ngầm bằng phương pháp kết tủa với hydroxit sắt, phương pháp kết hợp oxy hoá - cộng kết tủa với hydroxit sắt, Luận văn Thạc sĩ Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội.
[6] Đào Mạnh Phú (2010), Nghiên cứu sự biến động theo mùa của một số thành phần hố học liên quan tới q trình ơ nhiễm asen trong nước ngầm tại huyện Đan Phượng, Hà Nội, Luận văn Thạc sĩ Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên
Hà Nội.
[7] Hoàng Nhâm (2003), Hóa học vơ cơ – Tập II, NXB Giáo dục, 210.
[8] Lê Huy Bá (2006), Độc học môi trường cơ bản, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ
Chí Minh.
[9] Lê Văn Cát (2000), Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước, NXB
Thống kê Hà Nội, 1-4; 45-44; 234-238.
[10] Nguyễn Thị Phƣơng Thảo, Đỗ Trọng Sự (1999), Báo cáo Hội nghị Ô nhiễm Asen của Bộ Kế hoạch và Đầu tư.
[11] Nguyễn Văn Phƣớc, Nguyễn ThịThanh Phƣợng (2006), Giáo trình kỹ thuật xử lý chất thải công nghiệp, NXB Xây dựng Hà Nội.
[12] Phạm Văn Lâm (2011), Loại bỏ asen trong nước ăn uống bằng vật liệu nanocomposite NC-MF và NC-F20 tự chế tạo, Viện Hóa học - Viện khoa học và công
nghệ Việt Nam.
[13] Phạm Luận (2006), Phương pháp phân tích phổ hấp thu nguyên tử, Đại học Quốc gia Hà Nội.
[14] Phan Đỗ Hùng, Nguyễn Thế Đồng, Nguyễn Hồi Châu, Đào Bích Thuỳ và Kim Ngọc Mai (2005), Xửlý asen trong nước ngầm bằng phương pháp oxy hoá - cộng kết tủa kết hợp, Viện Công nghệMôi trƣờng, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội.
[15] PGS.TS. Nguyễn Văn Sức (2012), Hóa kỹ thuật mơi trường, Trƣờng Đại học Sƣ
Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh, 116 - 125.
[16] Trịnh Xuân Lai (2004), Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp, NXB xây dựng.
[17] TS. Nguyễn Ngọc Dung (2011), Xửlý nước cấp, NXB Xây Dựng Hà Nội.
[18] Trần Tứ Hiếu, Nguyễn Văn Nội, Phạm Hùng Việt (1999), Hóa học mơi trường cơ sở, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội.
[19] Trần Thị Thanh Hƣơng, Lê Quốc Tuấn (2010), Cơ chếgây độc Asen và khảnăng giải độc Asen của vi sinh vật, Hội thảo Môi trƣờng và Phát triển bền vững, Vƣờn Quốc
gia Côn Đảo.
[20] Trần Thị Thu Hằng (2013), Luận văn Thạc Sỹ kỹ thuật: Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite trên nền nhựa polyethylene và mùn cưa, Đại học Đà Nẵng.
[21] Trần Hiếu Nhuệ, Nguyễn Việt Anh, Nguyễn Văn Tín, Đỗ Hải (2000), Một số công nghệ xửlý asen trong nước ngầm, phục vụ cho cấp nước sinh hoạt đô thị và nông thôn, Hội thảo quốc tế về ô nhiễm asen: Hiện trạng, tác động đến cộng đồng và các
giải pháp phịng ngừa.
[22] Trần Hiếu Nhuệ (1998), Thốt nước và xửlý nước thải công nghiệp, NXB Khoa
học và kỹ thuật Hà Nội, 129 - 145.
[23] UNICEF, United Nation Children’s Fund (2002), Hướng tới giảm nhẹ ô nhiễm Arsen ở Việt Nam, Hội thảo Quốc tế về ô nhiễm Asen.
[24] UNICEF (2004), Ơ nhiễm thạch tín trong nguồn nước sinh hoạt ở Việt Nam - Khái quát tình hình và các biện pháp giảm thiểu cần thiết, UNICEF Việt Nam.
TIẾNG ANH
[25] Badloe, et al (2004), The adversed affects of arsenic contamination in ground water to public health.
[26] Chowdhury, T.R et al (1999), Arsenic Poisoning in the Ganges Delta, Nature
401, 545 -546.
[27] DPHE, UNICEF, Government of people’s republic of Bangladesh (1998),
Proposed arsenic testing guidelines for new tubewell installation in Bangladesh.
[28] Emsley, John (2001), Nature’s Building Blocks: An A – Z Guide to the Elements,
Oxford: Nhà in Đại học Oxford, 43.
[29] Fields, Keith, Abraham Chen, and Lili Wang (2000), Arsenic Removal from Drinking Water by Iron Removal Plants, EPA 600-R-00-086.
[30] Guillot and Charlet (2007), Comparison of arsenic concentrations in simultaneously-collected groundwater and aquifer particles from Bangladesh, India, Vietnam, and Nepal.
[31] H. Y. Chiou, S. T. Chiou, Y. H. Hsu, Y. L. Chou, C. H. Tseng, M. L. Wei and C. J. Chen (2001), Incidence of transitional cell carcinoma and arsenic in drinking water: a follow-up study of 8,102 residents in an arseniasis-endemic area in northeastern Taiwan, Am. J. Epidemiol, Vol.153(5): 411-418.
[32] Ioannis A. Katsoyiannis, Anastasios I. Zouboulis (2002), Removal of arsenic from contaminated water sourse by sorption onto iron-oidecoated polymeric materials, Water Research, 36.
[33] Jerome O. Nriagu (1994), Arsenic in the Environment, part I: Cycling and characterization, John Wiley and Son.
[34] Jian-bo Shi, Zhi-yong Tang, Ze-xiang Jin, Quan Chi, Bin He, Gui-bin Jiang (2005), Determination of As(III) and As(V) in soils using sequential extraction combined with flow injection hydride generation atomic fluorescence detection,